Conversione delle condotte forzate della centrale idroelettrica di Chavonne in condotte di scarico = Converting the penstocks of the Chavonne hydroelectric power plant to discharge pipe drop system

Negli impianti idroelettrici la vasca di carico è l’elemento che garantisce un carico idraulico costante alla turbina collegando la condotta forzata al canale di derivazione. In ambiente montano la volumetria delle vasche di carico è fortemente limitata dalla topografia. Appare chiaro che gli impianti idroelettrici, per garantire l’incolumità pubblica e preservare l’ambiente montano, devono essere dotati di un impianto di scarico capace di convogliare in caso di tracimazione le acque dalla vasca di carico fino all’alveo recettore. L’impianto di scarico deve rispondere all’esigenza di garantire una sicurezza intrinseca, entrando in funzione automaticamente in seguito ad un guasto o ad un evento imprevisto. In una centrale a caduta in caso di arresto della turbina l’acqua dalla vasca di carico trovandosi impossibilitata a percorrere le condotte forzate straripa oltre una soglia sfiorante e percorre le condotte o il canale di scarico a forte pendenza fino a raggiungere un dissipatore di valle che ne riduce l’energia cinetica prima di immettersi nuovamente nel torrente. L’oggetto della tesi è l’impianto idroelettrico di Chavonne situato nel comune di Villeneuve (AO). Attualmente la vasca di carico è localizzata sul ciglio di un dirupo e lo scarico delle acque avviene lungo il versante scosceso. Ad oggi, dopo un secolo circa di attività della centrale, le infiltrazioni d’acqua hanno provocato una diminuzione della stabilità del pendio aumentando il rischio di frana da crollo con possibile distaccamento di blocchi rocciosi. Nell’ottica di un generale restayling e potenziamento dell’impianto è importante modificare l’attuale sistema di scarico delle acque. Nella tesi è valutata la fattibilità tecnica della conversione delle attuali condotte forzate in condotte di scarico inserendo a valle un dissipatore a pozzo con manica verticale. A fianco delle attuali condotte è prevista l’installazione di nuove condotte forzate per aumentare il rendimento e la produzione di energia. In quest’ottica, è necessario analizzare le dinamiche di riempimento delle condotte di scarico ovvero il profilo della corrente, la velocità, il carico idraulico e il comportamento della corrente a superficie libera o in pressione. Queste analisi sono necessarie per quantificare l’energia in eccesso posseduta dalla corrente in arrivo nel dissipatore di valle e per verificare se e dove la corrente si pressurizza. Il lavoro eseguito ha richiesto innanzitutto lo studio dei disegni tecnici delle componenti dell’impianto. In seguito, si è proceduto con l’individuazione degli estremi dei tratti delle condotte a pendenza costante ai fini della costruzione della geometria del modello tramite i software Excel e Mathlab. Successivamente, ottenuta la geometria del modello con la discretizzazione spaziale desiderata, si è utilizzato il software di modellazione idraulica EPA SWMM per simulare il riempimento delle condotte e il funzionamento del dissipatore. Sono state effettuate varie simulazioni, anche testando il modello su un altro impianto esistente, per approssimare al meglio in tutte le configurazioni ipotizzabili il funzionamento dell’impianto di scarico da progettare. Sono state prese in considerazione la variazione del diametro e della scabrezza della superficie interna delle condotte, la variazione della geometria e dei coefficienti di deflusso e di resistenza che regolano il funzionamento del dissipatore. I risultati potranno essere utilizzati per la progettazione degli interventi di ammodernamento dell’impianto di Chavonne.